缅甸道耶坎二级水电站导流洞塌方机理及处理方案研究

　　摘要:缅甸道耶坎二级水电站导流隧洞出口桩K0＋423～K0＋443段发生塌方，出现险情。分析表明，引起塌方的原因是塌方处的地质条件较差，且施工方案存在问题。通过对塌方部位进行灌浆、加强支护等处理后，效果良好。
　　关键字：缅甸，道耶坎二级水电站，导流洞塌方机理，处理措施
　　随着我国基本建设规模的扩大，隧道工程已经成为铁路、公路和水利水电等大型项目中的重要工程。隧道工程的重要性越来越显著，隧道工程的数量和长度明显增加，规模不断扩大。然而，不良的工程地质和水文地质以及由此而引发的塌方是隧道施工过程中不可回避的技术难题。文章以缅甸道耶坎二级水电站导流洞塌方为例，介绍隧道塌方的处理工艺。
　　1工程概况
　　缅甸道耶坎Ⅱ级水电站位于缅甸中部勃古省东吁市东部约21km处，拟建大坝为面板堆石坝，设计坝高93m，总装机为120MW。
　　坝址区处在一个由岩浆岩夹持的带状碎屑岩“岛”上，该区内碎屑岩经历了较强的构造作用和程度不同的变质作用，岩层多为高倾角甚至直立，岩性多为变质砂岩、片岩等，其中变质砂岩为硬岩，片岩为软岩。岩石通常紧密结合并受到强风化作用，通过钻孔岩芯初步判断，岩体全、强风化厚度较大。
　　导流隧洞布置在左岸山体内，洞身段长520m（实际开挖洞段长531m），开挖断面呈城门洞形，开挖高、宽尺寸为12.7×11.2m，衬砌后尺寸为10.9×9.0m。洞室上覆山体厚41～67m，最厚处达107m，洞室穿越的地层岩性为片岩、千枚岩、变质砂岩、石英岩、砂岩，岩层走向320～340°，倾SW或NE，倾角65～68°，洞轴线与岩层走向呈大角度相交。
　　洞室围岩以碎裂状及薄层状结构为主，软岩和中硬岩交替出现，且各类岩组中岩性较复杂。受区域构造环境的影响，隧洞中局部地段岩层褶皱强烈，岩体中裂隙极发育。洞室围岩为Ⅳ～Ⅴ类，且以Ⅴ为主。
　　2塌方情况
　　2009年9月9日凌晨导流洞出口桩号K0＋423～K0＋443段在进行下部修边支护的过程中出现塌方，塌方量预计在4000m3。该段在2009年1月份导流洞上部开挖施工中曾出现塌方，但当时塌方量较小加上处理方案得当，塌方段迅速通过。本次塌方首先由边墙塌方开始，继而顶拱出现大面积塌方，由于导流洞开挖下部开挖已经完成，加上导流洞开挖高度大，给塌方段的处理带来了诸多的困难。9月22日塌方段地面出现陷坑，隧洞塌方发展为冒顶。
　　3塌方机理研究
　　经几方调查分析，总结塌方原因分为内因和外因两种。
　　3.1内因：地质原因
　　1）岩性：塌方段岩性主要为变质砂岩，局部段为千枚岩，K0+423～K0+441段为变质砂岩，K0+441～K0+443段为千枚岩；岩体风化强烈，变质砂岩呈全强风化状，锤击岩块声哑，易碎，部分风化呈土状，遇水有软化、泥化现象，千枚岩呈强风化状。
　　2）构造作用：岩层走向5～8°，倾向SE，倾角57～70°，结构面密集发育，沿面附有泥质充填；见一组裂隙密集发育，其走向70°，倾向NW，倾角58～65°，断裂面平直，粗糙，裂隙短小密集；受几组结构面切割影响，岩体块度小，基本呈碎裂状结构，局部为碎块状结构。岩石块径一般10×20～30×40cm，少量大者50×60cm。
　　3）地下水影响：地下水丰富，开挖过程中在桩号K0+441附近（即岩性分界线附近）顶拱及壁面见有多处地下水的渗水点出露，其余段未见有明显渗水，但岩面潮湿。
　　3.2外因：施工原因
　　1）洞室上部开挖过程中爆破方案不合理，对围岩损伤较大，导致开挖断面多数出现超挖现象，临时支护过程中又未进行回填灌浆及固结灌浆处理；
　　2）上半段洞室顶拱的系统锚杆未按设计要求进行实施；
　　3）该段的顶拱部位在开挖过程中曾发生过垮方，钢拱之上存在未充填密实的空腔，导致洞室顶拱以上围岩易发生松动变形，产生较大的自重应力作用于钢拱之上。
　　4）开挖下半洞时，采取先中部拉槽开挖，使洞室钢拱的拱脚应力发生调整，导致两侧岩台承受的荷载急剧增加，而岩台的岩体主要为碎裂状的变质砂岩，不能承受上部强大的压应力产生流变，直至变形垮塌。
　　5）进行下部开挖时，钢拱底部两侧的岩台开挖后没有及时的接脚，未能将钢拱所承受的荷载传递至拱脚，导致发生较大的松动变形。
　　4处理方案研究
　　4.1应急处理措施
　　1）冒顶发生后，现场咨询人员立即建议对冒顶塌坑部位用粘土回填并平整、夯实，采用彩条布对塌陷范围地面进行覆盖。
　　2）在塌陷区周围开挖截排水沟，避免雨水流入塌坑。
　　3）对地面塌陷区进行测量，复核地面塌陷区域与导流洞塌方位置的平面关系。地形测量结果表明，地面塌坑中心位于桩号0＋427靠导流洞中心线的左侧，地面塌陷面积约140m2，最大塌陷深度约8m。
　　4.2塌方处理方案
　　1）灌浆
　　
　　图1导流洞塌方冒顶处地面注浆处理断面图
　　为保证在洞内进行塌方处理安全，在从洞内对此塌方冒顶段处理之前，先从地面对塌方冒顶段岩土体进行灌浆加固。灌浆区域为顺导流洞方向K0＋410～K0＋448，垂直导流洞方向灌浆范围为边墙向外各10m，灌浆范围还可根据钻孔揭露松动圈范围进行调整。
　　本灌浆加固工程具有钻孔深度大，施工作业面狭窄，质量要求高，工期紧的特点。在灌浆作业开工前，承包人预先编制一份钻孔和灌浆施工措施计划报送业主和咨询人员审核、批准，其内容包括：钻孔和灌浆工程的施工平面布置图、钻孔和灌浆的材料和设备、钻孔和灌浆的程序和工艺、钻孔和灌浆的质量、安全保证措施、钻孔和灌浆的施工人员配备、施工进度计划等。
　　2）影响带加强支护
　　对塌方区影响带K0＋413～K0＋423、K0＋443～K0＋460段的支护进行加强。增加钢支撑间的连接，沿水平方向每隔1.5m高焊接一道通长的槽钢，钢支撑间采用Φ30钢筋做剪刀撑对相邻钢支撑进行斜向的连接，加强钢支撑的整体稳定性；在钢支撑表面重新喷15cm厚C25混凝土封闭；对塌方影响带全断面进行灌浆，灌浆压力为0.2Mpa，使塌方影响带的围岩及松散体形成密实、稳固的整体结构；对缺少系统锚杆和钢支撑锁脚锚杆的部位进行锚杆的补打。
　　3）小导管注浆
　　沿开挖轮廓线施打小导管，小导管与洞轴线交角10°向外侧辐射状施打。小导管间距10cm，排距2.5m，采用Φ42钢管制作，钢管长4.5m，前端制作出尖角，管身前4m布置花孔。
　　注浆采用水灰比为0.5的水泥净浆进行固结灌浆，灌浆压力为0.2Mpa，使四周松渣体形成一个稳定、具有一定强度的保护壳，以便施工人员能够在下面安全作业。
　　4）塌方区分层开挖
　　灌浆工作完成后，将塌方区分为上下两个部分共四层进行顺次施工。先进行中间部位的开挖、出渣，预留两侧边墙作为上部钢支撑的支撑脚，最后进行单侧边墙的开挖，开挖以每50cm为一循环，开挖后立即进行锚喷及钢支撑的支护施工。钢支撑以一根作为一个施工循环，两侧边墙对称开挖、支护，一根钢支撑支护完成后才准许进行另一侧的开挖、支护工作。
　　5）锚喷支护
　　设计边线开挖出后立即进行喷砼封闭，然后挂网进行钢支撑安装，钢支撑尽量贴近岩面，钢支撑间利用槽钢或Φ30钢筋斜向连接并与钢支撑严密焊接，使钢支撑形成个稳固的整体。钢支撑间距为50cm一榀，采用2根I15的工字钢并排安装作为一榀。工字钢预先按照开挖体型制作完成，工字钢两端需焊接连接板，板上开孔，工字钢之间采用φ18高强度螺栓连接。
　　钢支撑安装完成后人工在工字钢两侧施打Φ25锁脚锚杆，每根工字钢布置2组锁脚锚杆，每组2根，锚杆入岩4m，外露50cm，与钢支撑焊接。钢支撑安装后不得侵占衬砌断面，钢支撑间喷15cm厚C25砼进行回填。
　　在第二层开挖时在对一层钢支撑中部钢支撑进行临时加强支撑，支撑采用20cm×20cm木枋，中间布置斜拉，底脚横向相互间进行连接，支撑底部安放木枋或工字钢，减少沉降量。
　　6）塌方区顶部松渣处理
　　塌方区第一层全部贯通后立即组织对顶部松渣体及空腔进行处理，先对松渣体进行固结灌浆，并预留上部空腔回填灌浆管，待砼衬砌完成后，最后对上部的空腔进行回填灌浆。
　　7）施工期及后期观测
　　为了确保施工期及后期（混凝土衬砌前）隧洞安全，在K0＋435桩号布置收敛观测断面，设置7个收敛观测点，一个布置在顶拱，另2个布置在拱角上1m的位置，在下部开挖完成后分别在两侧边墙底板高程以上1.5m和拱角以下0.5m各布置一个，每天观测，采集数据上报进行分析。根据观测结果，如果有较大变形时可追加管棚排数施工。
　　5结论
　　不良的工程地质条件和不合理的施工方法方案都可能造成导流洞塌方，地质勘探、施工方案制定和施工管理对导流洞塌方起决定性作用。塌方处理方案直接影响塌方体周围洞室的稳定性、施工人员生命以及国家财产的安全，方案制定务必认真严谨。[3]
　　本次隧道塌方已经治理完成，虽然对工期和施工成本造成了影响，但治理措施是可行的，从量测情况看治理是成功的，为本隧道的顺利贯通以及以后不良地质条件下的隧道施工积累了一定技术经验。
　　参考文献
　　[1]欧阳小丛,大渡河大岗山水电站厂房地质塌方处理,水利水电施工，2010年第1期
　　[2]梁雪华，徐黎明，广西下福水利枢纽工程钢筋场塌方处理，广西水利水电，2008年第六期
　　[3]李军伟,隧道塌方处理工艺,沿海企业与科技,2010年第二期                职称论文